Processos com membranas na Indústria Cervejeira
Cerveja é uma bebida produzida através da fermentação da levedura de cerveja e de um mosto obtido pelo malte de cevada com adição de lúpulo.
Seu primeiro registro histórico data de 2.800 a.C., segundo artefatos descobertos em escavações na antiga Mesopotâmia. Manuscritos e utensílios encontrados mostram não só a presença da cerveja na época, como também a regulamentação de produção e comercialização.
A cerveja é uma das bebidas mais consumidas no mundo, colocando o setor cervejeiro em uma posição econômica estratégica na indústria de alimentos.
A China é o maior produtor mundial, com mais de 449 milhões de hectolitros, seguido pelos EUA, Brasil, Rússia e Alemanha.
No Brasil o setor cervejeiro representa 1,6% do PIB nacional, com produção de 14,1 bilhões de litros por ano. O setor é responsável por 2,7 milhões de empregos, gerando 12 bilhões de reais em impostos ao ano. O faturamento do setor no ano de 2017 foi de 107 bilhões de reais.
As cervejas tradicionais são feitas com cevada maltada, água e lúpulo. Apesar do uso de outros cereais e grãos não maltados, a cevada maltada é o principal cereal em uso, pois além de possuir casca com capacidade de formar um leito de filtro, este cereal tem alto teor de amido e enzimas que degradam o amido em açúcares fermentáveis através da ação das leveduras. O lúpulo contribui para o sabor, acrescentando amargor e equilibrando o sabor doce da cerveja.
A água utilizada em uma cervejaria é frequentemente considerada uma utilidade, mas deve ser considerada uma matéria-prima porque constitui frequentemente mais de 90% da cerveja final.
O processo de fabricação de cerveja tem uma série de etapas com o principal objetivo de converter a fonte de amido em açúcar líquido chamado mosto ou extrato e depois converter esse açúcar em álcool por fermentação das leveduras.
Para resumir, a produção de cerveja tem uma série de etapas físicas e químicas tecnicamente intensivas quando a escala de produção é aumentada. Embora as técnicas de produção estejam melhorando há centenas de anos, muitas cervejarias ainda empregam técnicas tradicionais. O aumento do consumo de cerveja e o mercado competitivo levaram a indústria a buscar tecnologias alternativas para produzir uma cerveja melhor com preços reduzidos.
Os processos de separação por membrana são alternativas interessantes que podem ser utilizadas em várias etapas da produção da cerveja e podem substituir ou se combinar com algumas técnicas tradicionais.
Em geral, técnicas de separação por membrana oferecem vantagens significativas comparadas com tecnologias tradicionais, incluindo a separação de moléculas e microrganismos, menor impacto térmico sobre produtos, consumo moderado de energia e sistemas modulares.
Essas técnicas de filtragem podem ser usadas em diferentes estágios da produção de cerveja, incluindo tratamento de água bruta, no processo de fabricação da cerveja e no tratamento dos efluentes.
A Microfiltração é o processo de separação por membrana mais utilizado na indústria de cerveja, porque a maioria das operações relacionadas diretamente à cerveja envolvem separação sólido-líquido.
Utilização dos Processos com Membranas
Os processos de separação por membrana são promissores no processo de fabricação de cerveja e podem substituir ou serem combinados com as operações de fabricação de cerveja convencionais para melhorar a qualidade da cerveja.
Filtragem do Mosto
Após o processo de trituração, o mosto deve ser separado das cascas de cevada. Nessa etapa, a maioria das cervejarias utiliza a técnica convencional de filtração sem saída, na qual um leito de filtração é formado pelas cascas e componentes não solúveis dos grãos. O mosto normalmente recircula até ficar transparente e, em seguida, o leito de filtração é lavado com água pura para obter um maior rendimento de açúcares. Como os grãos gastos precisam ser removidos após cada execução, a lavagem é um processo que demanda 2 h por batelada e, portanto, constitui um fator limitador de rendimento na cervejaria.
Nesse sentido, a filtragem de fluxo cruzado usando a microfiltração aparece como uma opção de sistema “contínuo” para realizar a filtragem do mosto e impedir a formação de tortas.
A microfiltração pode produzir mosto de alta qualidade, acelerar a operação, exibir um fluxo econômico e extrair mais de 90% dos grãos gastos do mosto.
No entanto, recomenda-se um processo em duas etapas devido à alta quantidade de sólidos presente no mosto.
Clarificação
Na indústria cervejeira o processo de filtração é tido como a etapa de finalização do processo. Esse processo tem como objetivo eliminar as partículas em suspensão, como leveduras, partículas coloidais, resíduos de lúpulo, ou seja, todo o material causador da turvação. O processo de eliminação dessas partículas ocorre mediante a passagem da cerveja maturada por um meio filtrante (terra diatomácea) sem que haja alterações na qualidade do produto final, conferindo a esta um aspecto límpido e cristalino. Qualquer falha de controle e variações durante esta etapa resulta no comprometimento da qualidade do produto final.
A etapa de filtração com terra diatomácea é responsável pela geração de um material residual que vem se tornando um problema para as cervejarias. A maior preocupação dos órgãos governamentais em relação ao meio ambiente incentivou as indústrias cervejeiras a investigar novas tecnologias de filtração.
Os sistemas de microfiltração são tidos como uma alternativa econômica, pois apresentam um menor custo operacional e de investimento, diminuição do tempo de processamento e são capazes de garantir a estabilidade físico-química e microbiológica da cerveja. Isto é viável devido às propriedades seletivas das membranas, que são capazes de remover qualquer tipo de bactéria ou levedura prejudiciais à qualidade do produto final.
A microfiltração substitui também a necessidade da utilização de filtração com terra diatomácea (Keiselguhr), além da redução ou eliminação de enzimas como agentes de finalização.
Esterilização a frio da cerveja
A pasteurização é comumente usada para garantir a esterilização de cerveja, mas esse processo requer aquecimento, o que acelera reações de oxidação e altera o caráter da cerveja.
A esterilização a frio, também chamada de filtragem estéril, é uma alternativa à pasteurização. Esses processos podem levar a um menor custo de implantação e um produto com sabor mais fresco, eliminando a problemas organolépticos induzidos pelo aquecimento.
A esterilização a frio é um mercado potencial para a Microfiltração, já que garante a retenção de organismos deteriorantes da cerveja sem remover os componentes essenciais da cerveja.
Além disso, equipamentos de pasteurização ocupam muito espaço, além de requerer um enorme consumo de energia elétrica, vapor, água e de necessitar de paradas constantes para a manutenção. A substituição do sistema de pasteurização por um sistema de microfiltração, pode acarretar em uma bebida de melhor qualidade, maior economia de energia e água, redução na quantidade de efluente gerado e de quebra de garrafas durante a pasteurização.
Tratamento de Água e Efluentes na Industria Cervejeira
A indústria cervejeira ocasiona significativos impactos ao meio ambiente, dentre eles a poluição das águas pelo lançamento de efluentes líquidos não tratados e o alto consumo de recursos hídricos frente ao cenário atual de escassez.
Além de água para o produto, cervejarias usam água para aquecimento e resfriamento, limpeza de embalagens, limpeza de máquinas de produção e áreas de processo, limpeza de veículos, e sanitização. A água também é perdida com a fervura do mosto e com os grãos gastos. São necessárias grandes quantidades de água de boa qualidade para fabricação de cerveja.
A água é um ingrediente essencial na produção da cerveja, compondo entre 90 e 95 por cento da cerveja em massa. A água é utilizada em quase todos as etapas do processo de fabricação de cerveja. A química da água pode influenciar não apenas o sabor, mas também a eficiência de fabricação de cerveja.
A água bruta para a fabricação da cerveja é normalmente tratada para ajustar sua composição, e o processo de Osmose Inversa é uma das técnicas preferidas para promover esse ajuste.
Embora substanciais melhorias tenham sido feitas no processo de fabricação, é estimado que aproximadamente 10 L de efluente são gerados por litro de cerveja produzida nas cervejarias.
O processo de fabricação de cerveja geralmente gera grandes quantidades de efluentes e resíduos sólidos que devem ser tratados da maneira menos onerosa e segura, a fim de cumprir os rígidos regulamentos de descarga estabelecidos.
Em virtude da elevada carga orgânica desses efluentes, é fundamental que eles sejam tratados, minimizando os efeitos negativos ocasionados pelo lançamento, e, além disso, para que possam ser reutilizados dentro da própria empresa.
O efluente tratado pode ser reutilizado para limpeza de pátios externos na fábrica, irrigação de áreas verdes do empreendimento, diluição de carga orgânica no tanque de equalização, nas caldeiras e equipamentos de resfriamento.
Empresas que reusam água conseguem reduzir o consumo de água de aproximadamente 10 litros para cada litro de cerveja envazada para aproximadamente 3 litros de água para envasar 1 litro de bebida.
Para o reuso dentro da indústria cervejeira os processos combinados de Biorreator com Membranas e Osmose Inversa garantem uma água de qualidade para o reuso em diferentes aplicações, inclusive para aquecimento de caldeiras.
A Flush Engenharia desenvolve soluções para o tratamento de efluentes e reúso de água. Desenvolvemos projetos personalizados utilizando técnicas avançadas de tratamento, incluindo os processos de separação por membranas, entregando a nossos clientes soluções que vão além dos sistemas convencionais, possibilitando o tratamento e reuso dos mais complexos efluentes.
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Por Gabriela Marques dos Ramos
